Nghiên cứu ứng dụng đệm cát gia cường nền bùn sét yếu làm nền đê nông thôn tỉnh Kiên Giang
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG ĐỆM CÁT GIA CƢỜNG NỀN BÙN SÉT YẾU
LÀM NỀN ĐÊ NÔNG THÔN TỈNH KIÊN GIANG
RESEARCH ON THE APPLICATION OF SAND CUSHION REINFORCED SOFT
CLAY FOR EMBANKMENTS IN RURAL AREAS, KIEN GIANG PROVINCE
TS. Nguyễn Minh Đức, KS. Nguyễn Văn Dũ
verified and approval using a full scale reinforced
embankment in Kien Giang Province.
TÓM TẮT
Bài báo nghiên cứu ứng xử của nền bùn sét
yếu được gia cường đệm cát làm đê nông thôn công
trình tại tỉnh Kiên Giang. Ứng dụng phương pháp
phần tử hữu hạn (Plaxis 2D), nghiên cứu khảo sát
ứng xử lún và hệ số an toàn, Fs của nền công trình
gia cường theo chiều cao đất đắp. Kết quả nghiên
cứu cho thấy đệm cát gia cường gia tăng đáng kể hệ
số an toàn Fs, và giảm độ lún cho nền đường. Bài
báo đề xuất chiều dày đất đắp gia cường không nên
vượt quá 2.5m nhằm đảm bảo độ lún nhỏ hơn 7cm
và hệ số an toàn, Fs lớn hơn 1.2. Kết quả nghiên cứu
được kiểm nghiệm và phù hợp với quan trắc lún của
công trình thực tế.
Keywords:
sand cushion, reinforced
embankment, geotextile , settlement, factor of safety
TS. Nguyễn Minh Đức
Giảng viên Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật
Tp.HCM
Email: [email protected]
Điện thoại: 0912.327.412
KS. Nguyễn Văn Dũ
Học viên cao học, Khoa ỹ thuật Xây dựng, Trường
Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM
Email: [email protected]m
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Việc nâng cấp và xây dựng mạng lưới đường giao
thông trên địa bàn tỉnh Kiên Giang còn gặp rất nhiều
khó hăn. Nguyên nhân do trầm tích nằm ngay trên
bề mặt địa hình, đa phần là đất loại sét yếu, có chiều
dày tương đối lớn, thường bị nhiễm muối, phèn và
có chứa hữu cơ với mức độ khác nhau. Chiều dày
lớp đất sét yếu này phân bố không đồng đều. Cường
độ chống c t nhỏ, độ nén lún lớn, hàm lượng hữu cơ
từ 2÷5%. Tại Kiên Giang qua hảo sát tại một số
công trình thực tế cho thấy lớp đất sét màu xám,
trạng thái chảy có chiều dày từ 10÷23 m, lớp đất sét
ế tiếp màu xám vàng, trạng thái nửa cứng có chiều
dày không xác định. Với địa chất như vậy nên gây
nhiều khó hăn trong việc xử lý khi xây dựng công
trình nằm trên [1].
Từ khóa: đất sét yếu, đệm cát, vải địa kỹ thuật,
ứng xử lún, hệ số an toàn
ABSTRACT
This study investigates the settelemt behavior
of sand cushion reinforced soft clay for rural
embankments in Kien Giang Province. Using Finite
Element Method (Plaxis 2D), the research evaluates
the settlement and factor of safety (Fs) of reinforced
and unreinforced embankments in the correlation
with the height of the embankments. The result
reveals that sand cushion with geotextile improves
siginificantly the value of Fs and reduces the
settlement of reinforced embankments. The research
proposes 2.5m as the maximum value of reinforced
embankment height to ensure that the settlement is
less than 7cm with Fs >1.2. The analysis results are
Mục tiêu nghiên cứu:
Nghiên cứu sử dụng phương pháp phần tử hữu
hạn, mô phỏng đất sét bão hòa gia cường đệm cát và
vải địa ỹ thuật nhằm xác định thời gian và độ lún
cố ết của lớp đất sét yếu gia cường. Từ đó đưa ra
các phân tích tương quan về ứng xử lún cố ết của
Trang 1
đất sét yếu gia cường trong điều iện bão hòa nước
theo các điều iện tải trọng khác nhau.
- Và sét bùn nhão (Bowles, 1988) [6]:
Eref = 0.3MPa. (N+6)
(6)
Tác giả phân tích bài toán bằng chương trình
phần tử hữu hạn Plaxis với mô hình đất Mohr-
Coulomb ứng xử không thoát nước. Các đặc trưng
Cu, υu, Eref s được thay đổi theo các trường hợp địa
chất khác nhau trên địa bàn Kiên Giang để tìm ra giá
trị theo từng trường hợp từ đó có thể chọn ra phương
án thiết ế.
- Xác định module biến dạng từ công thức tương
quan theo Mitchel&Garder(1975):
Eref = 766N
(7)
Trong đó: N là chỉ số SPT
2.1.2. Cấu trúc phần mềm Plaxis
2. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1 Phƣơng pháp thu thập số liệu
2.1.1. Phƣơng pháp xác định hệ số Possion và
Mô-đun biến dạng.
Hình 2.1. Quy trình mô phỏng Plaxis
Trong điều iện phân t ch hông thoát nước đối
với đất sét b o hòa nước (dưới mực nước ngầm), mô
hình được lựa chọn là Undrained và hệ số Possion
2.1.3. Phƣơng pháp xác định hệ số an toàn:
Để xác định hệ số an toàn Msf, phân t ch ổn định
dựa theo phương pháp giảm C- được áp dụng trong
đó sức háng c t của đất được giảm dần cho đến hi
sự phá hoại của ết cấu xảy ra. Tổng hệ số Msf
được sử dụng để xác định hệ số an toàn của hả
năng chịu c t của đất được t nh bởi các công thức
[2]:
≤ 0,35. Hoặc hệ số Possion sử dụng công thức
tương quan như sau:
- Theo Worth (1975) đối với đất sét độ quá cốt
ết nhỏ [3]:
= 0.25 + 0.00225.PI
(1)
(Trong đó: PI là chỉ số dẻo).
taninput
Cinput
Msf
Msf
(8)
(9)
- Theo Trautmann and Kulhawy (1987) đối với
đất á cát hoặc cát [4]:
tanreduced Creduced
SMaximumAvailable
(1)
SNeededfor Equilibrium
0
t 25
0
0.1 0.3
(2)
0
45 25
Theo tiêu chuẩn phá hoại của Mohr-Coulomb
thì công thức tính hệ số an toàn ở trên trở thành:
- Do sức háng c t hông thoát nước của đất sét
hông được xác định, do đó Su được xác định theo
công thức tương quan, áp dụng cho đất sét cố ết
thường (Ladd and Foote, 1974) [5]:
C -ntan
Cr -ntanr
Msf
(10)
Cu = Su = 0.25v’
E = 250 Cu
(3)
(4)
Trong đó:
C, Là các tham số về cường độ
σn : Là ứng suất tổng tại điểm t nh toán.
Trong đó:
v’: Ứng suất hữu hiệu theo phương thẳng đứng
Cu : là sức háng c t hông thoát nước
Tham số cr và r là các tham số của sức háng c t
giảm xuống đ ng bằng giá trị tại thời điểm cân bằng
ổn định. Nguyên t c này được lấy làm cơ sở cho
phương pháp Phi-c-redution trong Plaxis để t nh
toán oån định tổng thể của công trình. Trong ứng
dụng này, lực d nh c và hàm tan của góc nội ma sát
- Đối với sét b o hòa nước, Eref trong điều iện
hông thoát nước được xác định theo được xác định
dựa theo chỉ số SPT cho đất á cát nh o (Bowles,
1988) [6]:
E50 = 0.32MPa. (N+15)
(5)
giảm
xuống
theo
cùng
một
tỷ
lệ.
Bảng 1. Các thông số của đất nền cho mô hình Mohr – Coulomb (B) [1]:
Trang 2
Dung
trọng tự trọng bão
nhiên,
kN/m3, kN/m3,
Dung
Hệ số
thấm,
k,
Bề dày
(m)
Mô hình
vật liệu
hòa,
Lớp đất
Vật liệu Cu, kPa
f
E', kPa '
m/ngày
Unsat
Sat
Mohr-
Coulomb
Mohr-
Lớp 1: Đất đ p - cát
2,4
17
17
1
Drained
1
32
4
7
0
15.484 021
Lớp 2: Bùn sét màu xám
xi măng trạng thái chảy
Lớp 3: Sét màu xám xanh,
xám nâu đốm vàng trạng
thái dẻo cứng
12,0
14,57
19,07
15,19
19,59
0,03217
Undrained 22,785
12.163 0,31
Coulomb
Mohr-
Coulomb
8,0
2,9E-05
Undrained 25,16 14,5
0
15.649 0,3
3. MÔ PHỎNG CÔNG TRÌNH THUỘC CÁC KHU VỰC ĐẤT YẾU TRÊN ĐỊA BÀN KIÊN GIANG
BẰNG PHẦN MỀM PLAXIS 2D
Hình 3.1. Mặt c t các lớp đất đ p nền đường điển hình
3.1. Mô phỏng lớp đất đắp nền với chiều cao lớp đất đắp H = (1.5m - 3.0m)
Hình 3.3. Mô hình nền đường có gia
Hình 3.2. Mô hình nền đường hông gia tải
3.2. Kết quả t nh toán mô phỏng
3.2.1. Kết quả t nh toán hệ số an toàn Msf và độ lún St
Bảng 2. Kết quả tính toán hệ số an toàn Msf và độ
lún St nền đường không gia tải
Bảng 3. Kết quả tính toán hệ số an toàn Msf và độ lún
St nền đường gia tải
Trang 3
3.2.2. Biểu đồ tƣơng quan hệ số an toàn Msf theo chiều cao lớp đất đắp
Hình 3.4. Nền đường không gia tải
Hình 3.5. Nền đường gia tải
3.2.3. Biểu đồ tƣơng quan độ lún St theo chiều cao lớp đất đắp
Hình 3.6. Nền đường không gia tải
Nhận xét:
Hình 3.7. Nền đường gia tải
Khi nền đường có gia tải thì hệ số an toàn Msf giảm 12.5% và độ lún nền đường gia tải St l n tăng gấp 1.1
lần so với nền đường không gia tải.
Mặt khác theo kết quả mô phỏng cho thấy các lớp đất đ p và nền đường khi thiết kế lớp cát lót và vải địa kỹ
thuật ở cùng thời điểm thì hệ số an toàn Msf lớn hơn hi hông thiết kế lớp cát lót và vải địa kỹ thuật khoảng
3.8%.
4. Tính toán và mô phỏng công trình thực tế (công trình đƣờng Ven Sông Cái Lớn huyện U Minh
Thƣợng tỉnh Kiên Giang)
Trang 4
Bảng 4. Kết quả độ lún theo kết quả mô phỏng Plaxis Bảng 5. Kết quả độ lún theo kết quả quan tr c công
công trình thực tế (Đơn vị: cm)
trình thực tế (Đơn vị: cm) [7].
Hình 4.1. Biểu đồ tương quan độ lún St của nền
đường theo thời gian t (ngày) theo kết quả mô phỏng
Plaxis
Hình 4.2. Biểu đồ tương quan độ lún St của nền
đường theo thời gian t (ngày) theo kết quả quan tr c
thực tế [7]
Nhận xét:
+ Kết quả mô phỏng Plaxis cho thấy sau khi chờ lún 06 tháng của nền đường thiết kế gia cường lớp cát lót
vài địa kỹ thuật St = 38.96 cm nhỏ hơn độ lún của nền đường không thiết kế gia cường vải địa kỹ thuật St =
42.64 cm khoảng 1.1 lần
+ Kết quả quan tr c thự tế cho thấy sau khi chờ lún 06 tháng của nền đường thiết kế gia cường lớp cát lót vải
địa St = 33.33 cm nhỏ hơn độ lún của nền đường thiết kế hông được gia cường vải địa kỹ thuật St = 39.23 cm
khoảng 1.2 lần.
Những nguyên nhân trên:
Do ảnh hưởng của vải địa kỹ thuật và đệm cát gi p gia tăng biên thấm nước, làm giảm chiều dài đường
thấm, th c đẩy quá trình cố kết trong đất đ p, từ đó làm giảm độ rỗng, gia tăng độ chặt của đất đ p.
Trang 5
5. So sánh độ lún của nền đƣờng theo thời gian của kết quả mô phỏng so với kết quả quan trắc công
trình thực tế [7].
Hình 5.1. Biểu đồ tương quan độ lún St của nền đường
theo thời gian t (ngày) khi thiết kế gia cường lớp cát lót đường theo thời gian t (ngày) khi không thiết kế gia
và lớp vải địa kỹ thuật cường lớp cát lót và lớp vải địa kỹ thuật
Hình 5.2. Biểu đồ tương quan độ lún St của nền
Nhận xét:
Qua kết quả phân tích Plaxis và kết quả quan tr c công trình thực tế độ lún nền đường sau 06 tháng cho thấy
độ lún của kết quả phân tích Plaxis St = 42.64cm lớn hơn ết quả quan tr c St = 39.23cm khoảng 8%.
6. Kết luận và kiến nghị
Nghiên cứu đ cho ết quả với chiều cao đất đ p
H < 2.5m là an toàn có thể hạn chế thiệt hại ngoài
mong muốn mà sự cố có thể gây ra khi thiết kế chiều
cao lớp đất đ p như nghiên cứu trên.
[2] Th.S Bùi Văn Ch ng. Hướng dẫn sử dụng Plaxis
V8.2, ĐH Bách Khoa TP HCM, 2008.
[3] Worth. In Situ Measurement of Initial Stresses
and Deformation Characteristics, in Proc.
Specialty Conf.In Situe Meas. Soil Prop, 1975.
Nghiên cứu so sánh được khi nền đường có gia
tải thì hệ số an toàn Msf giảm 12.5% so với nền
đường không gia tải. Và cũng so sánh được nền
ường khi gia tải thì độ l n St tăng 6.5% so với nền
đường không gia tải.
[4] Trautmann C.H. and Kulhawy F.H.CUFAD- A
computer Program for Compression and Uplift
Foundation. Analysis and Design, Report EL-
4540-CCM, Vol. 16 Electrical Power and
Research Institute, 1987.
Và cũng so sánh được khi thiết kế gia cường lớp
cát lót và vải địa kỹ thuật thì độ lún St giảm (1.1 –
1.2) lần khi không thiết kế gia cường lớp cát lót và
vải địa kỹthuật.
[5] Nguyễn Văn Thơ, Nguyễn Ngọc Ph c, Cơ học
đất tập 1, 2, Nhà xuất bản Xây dựng, 2013.
[6] Bowles J.E. Foundation Analysis and Design,
McGraw-Hill Book Company, New York USA,
1988.
Kết quả mô phỏng của công trình thực tế so với
mô hình mô phỏng phần mềm độ lún chênh lệch
nhau từ 8% - 14.45%. Điều này chứng tỏ kết quả
nghiên cứu tối ưu về chiều dày của lớp đất và chiều
dày đệm cát có khả năng ứng dụng trong công trình
thực tế.
[7] Nguyễn Trường Sơn. Nghiên cứu ứng xử và biện
pháp thi công đệm cát th c đẩy quá trình cố ết
đất bùn làm nền đường giao thông Ven Sông Cái
Lớn tỉnh Kiên Giang. Luận văn thạc sỹ, Đại học
Sư phạm ỹ thuật thành phố Hồ Ch Minh, 2017.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Hồ sơ thiết ế, hảo sát địa chất công trình các
hu vực đất yếu địa bàn tỉnh Kiên Giang, 2017.
[8] TCVN 9362:2012. Nền nhà và công trình. Tiêu
chuẩn thiết ế
Trang 6
[9] TCVN 262:2000. Quy trình hảo sát thiết ế nền
đường ô tô đ p đất trên đất yếu
Tác giả chịu trách nhiệm bài viết
Họ tên: Nguyễn Văn Dũ
Đơn vị: Trường đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM
Điện thoại: 0915.530.072
Email: [email protected]m
Xác nhận của giảng viên hƣớng dẫn:
Trang 7
BÀI BÁO KHOA HỌC
THỰC HIỆN CÔNG BỐ THEO QUY CHẾ ĐÀO TẠO THẠC SỸ
Bài báo khoa học của học viên
có xác nhận và đề xuất cho đăng của Giảng viên hướng dẫn
Bản tiếng Việt ©, TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH và TÁC GIẢ
Bản quyền tác phẩm đã được bảo hộ bởi Luật xuất bản và Luật Sở hữu trí tuệ Việt Nam.
Nghiêm cấm mọi hình thức xuất bản, sao chụp, phát tán nội dung khi chưa có sự đồng ý
của tác giả và Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh.
ĐỂ CÓ BÀI BÁO KHOA HỌC TỐT, CẦN CHUNG TAY BẢO VỆ TÁC QUYỀN!
Thực hiện theo MTCL & KHTHMTCL Năm học 2018-2019 của Thư viện Trường Đại học
Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.
8 trang
12/01/2024
20040
Free
Bạn đang xem tài liệu "Nghiên cứu ứng dụng đệm cát gia cường nền bùn sét yếu làm nền đê nông thôn tỉnh Kiên Giang", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- nghien_cuu_ung_dung_dem_cat_gia_cuong_nen_bun_set_yeu_lam_ne.pdf
